Bariera krew-mózg (BBB) tworzy półprzepuszczalną granicę oddzielającą ośrodkowy układ nerwowy (OUN) od krążenia krwi. Dotarcie do OUN z terapią jest jednak konieczne w kontekście różnych chorób, takich jak między innymi guzy mózgu, choroba Alzheimera (AD) czy choroba Parkinsona (PD)1. Staje się to istotne przy opracowywaniu nowych terapii, zwłaszcza jeśli testowany lek wykazuje słabą przepuszczalność BBB lub jego ogólnoustrojowa ekspozycja może prowadzić do niebezpiecznej toksyczności1,2. Niektóre z klinicznie stosowanych przeciwciał wykazują obie te cechy. Rozwiązaniem tego problemu byłoby dostarczenie środków terapeutycznych bezpośrednio za barierę krew-mózg.
Dostarczanie wspomagane konwekcją (CED) to technika neurochirurgiczna umożliwiająca efektywną perfuzję dużych objętości mózgu. Osiąga się to poprzez chirurgiczne zainstalowanie jednego lub więcej cewników w obszarze docelowym. Podczas aplikacji leku w otworze cewnika powstaje gradient ciśnienia, który staje się siłą napędową dyspersji infuzji w tkance 3,4. Zatem to czas trwania infuzji, a nie współczynniki dyfuzji, określają zakres perfuzji2,4,5. Zapewnia to równomierne dostarczanie infuzji przez znacznie większą objętość mózgu w porównaniu z konwencjonalnymi, opartymi na dyfuzji metodami iniekcji domózgowych2,6. Jednocześnie ta metoda dostarczania wiąże się z mniejszym ryzykiem uszkodzenia tkanek2. W związku z tym CED może umożliwić bezpieczne i skuteczne podawanie konwencjonalnych chemioterapeutyków w leczeniu nowotworów OUN, a także dostarczanie środków immunomodulujących lub przeciwciał agonistycznych i antagonistycznych w wielu innych zaburzeniach OUN2,7,8,9. CED jest obecnie testowany w terapiach choroby Parkinsona, choroby Alzheimera, a także glejaka wysokiego stopnia2,7,8,10,11.
Konstrukcja cewnika i schemat iniekcji to jedne z najważniejszych czynników wpływających na wynik CED 10,12,13,14,15,16. Ponadto wymaga specyficznych właściwości fizykochemicznych naparu, w tym umiarkowanej wielkości cząstek, ładunku anionowego i niskiego powinowactwa do tkanek 10,17. Każdy z tych parametrów musi być potencjalnie dostosowany zgodnie z cechami histologicznymi obszaru mózgu, który ma być celem ataku2,10,17.
Tutaj opisujemy metodologię przeprowadzania CED roztworu przeciwciała do skorupy ogoniastej (prążkowia) myszy. Ponadto protokół obejmuje przygotowanie cewników krokowych w warunkach laboratoryjnych, przetestowanie ich in vitro i wykonanie CED.
W literaturze dostępnych jest wiele wzorów cewników, różniących się kształtem kaniuli, użytymi materiałami i liczbą otworów cewnika12,15,18,19,20,21,22. Używamy cewnika schodkowego wykonanego z kapilary ze stopionej krzemionki wystającej 1 mm z końca metalowej igły. Ta konstrukcja cewnika może być łatwo wyprodukowana w laboratorium badawczym i powtarzalnie daje dobre wyniki CED podczas testów in vitro z blokami agarozowymi o parametrach fizycznych przypominających miąższ mózgu in vivo23.
Ponadto, wdrażamy schemat zwiększania dawki 5 μL infuzji in vivo. W takim protokole szybkość wstrzykiwania jest zwiększona z 0,2 μl/min do maksymalnie 0,8 μl/min, minimalizując w ten sposób ryzyko refluksu infuzyjnego wzdłuż cewnika, a także ryzyko uszkodzenia tkanek16. Korzystając z tego protokołu, z powodzeniem podaliśmy myszom do 20 μg przeciwciał w 5 μl PBS w ciągu 11 minut 30 s.
Protokół można łatwo dostosować do innych objętości infuzji lub do wstrzykiwania różnych innych substancji, np. chemioterapeutyków, cytokin, cząsteczek wirusowych lub liposomów2,10,14,18,22. W przypadku stosowania infuzjatu o drastycznie odmiennych właściwościach fizykochemicznych w porównaniu z roztworem przeciwciał z roztworem przeciwciał buforowanym fosforanem (PBS) lub sztucznym płynem mózgowo-rdzeniowym (aCSF), zalecane są dodatkowe kroki walidacji. W przypadku montażu cewnika, walidacji i CED opisujemy wszystkie etapy przy użyciu robota stereotaktycznego z wiertarką i jednostką iniekcyjną zamontowaną na zwykłej ramie stereotaktycznej. Procedura ta może być również wykonywana za pomocą ręcznej ramy stereotaktycznej podłączonej do programowalnej pompy mikroinfuzyjnej, która może napędzać opisywane szklane mikrostrzykawki.